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普通化学赵士铎习题答案
普通化学
(第三版)习题答案
中国农业大学
无机及分析化学教研组编
第一章分散系
(1)溶液的凝固点下降
(2)土壤溶液浓度过大,渗透压大于植物根细胞液的渗透压
(3)溶液的凝固点下降
1.2沸点不断上升,至溶液达到饱和后,沸点恒定;
蒸气凝结温度恒定,等于溶剂的沸点。
凝固点自高至低顺序:
葡萄糖溶液、醋酸溶液、氯化钾溶液
b=molkg-1
Tb=Kbb=kgmol-1molkg-1=
Tb==100.61℃
Tf=Kfb=kgmol-1molkg-1=
Tf==-
=cRT=
化合物中C、H、O原子数比为21:
30:
2
故该化合物的化学式为C21H30O2
第二章化学热力学基础
(1)错误;
(2)正确;(3)错误;(4)错误;(5)正确;(6)正确;(7)错误;(8)错误
(1/4)[反应式
(1)-反应式
(2)]得:
(1/2)N2(g)+(1/2)O2(g)=NO(g)
fHm(NO,g)=(1/4){rHm
(1)-rHm
(2)}
=(1/4)[-1107kJmol-1-(-1150kJmol-1)]
=90kJmol-1
(1/4)[反应式(3)-反应式(4)+3反应式
(2)-反应式
(1)]得:
N2(g)+2H2(g)=N2H4(l)(5)
fHm(N2H4,,g)=(1/4){rHm(3)-rHm(4)+3rHm
(2)-rHm
(1)}=
(1/4){-143kJmol-1-(-286kJmol-1+3(-317kJmol-1)-(-1010kJmol-1))=
kJmol-1
2反应式(4)-反应式(5)得:
N2H4(l)+)O2(g)=N2(g)+2H2O(l)
rHm=2rHm(4)-rHm(5)=2(-286kJmol-1)-mol-1=kJmol-1
rHm=2fHm(CO2,g)+3fHm(H2O,l)+(-1)fHm(CH3OCH3,l)+(-3)fHm(O2,g)
fHm(CH3OCH3,l)=2fHm(CO2,g)+3fHm(H2O,l)-rHm=-183kJmol-1
C(s)+O2(g)rHm
(1)CO2(g)
rHm
(2)rHm(3)
CO(g)+(1/2)O2(g)
由题意知,rHm
(1)<0,rHm
(2)<0,rHm(3)<0
rHm
(1)=rHm
(2)+rHm(3)
rHm
(1)-rHm(3)=rHm
(2)<0
即:
以碳直接作燃料时放热较多
2.6C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
rHm=fHm(CO,g)+(-1)fHm(H2O,g)=
kJmol-1-(-)kJmol-1=kJmol-1
C(s)+O2(g)+H2O(g)rHm
(1)CO2(g)+H2O(g)
rHm
(2)rHm(3)
CO(g)+H2(g)+O2(g)
rHm
(1)=rHm
(2)+rHm(3)rHm
(1)-rHm(3)=rHm
(2)>0
由题意知,rHm
(1)<0,rHm(3)<0故:
以水煤气作燃料时放热较多
均为熵增过程。
标准状态下:
rHm
rSm
<0
<0
低温自发
<0
>0
任意温度均自发
>0
>0
高温自发
>0
<0
任意温度均不可能自发
(2)(反应为气体物质的量增加的过程,rSm>0)
不可以。
因为物质的Sm,不是指由参考状态的元素生成该物质(B=+1)反应的标准摩尔熵。
H:
-40kJ-40kJ
G:
-38kJ-38kJ
S:
K-1JK-1
Sn(白锡)=Sn(灰锡)
rHm(298K)=fHm(灰锡)+(-1)fHm(白锡)=mol-1<0
rSm(298K)=Sm(灰锡)-Sm(白锡)=mol-1K-1<0
反应在标准状态,低温自发。
在转变温度,rGm(T)=0
rGm(T)rHm(298K)-TrSm(298K)
T[rHm(298K)/rSm(298K)]283K
2Fe2O3(S)+3C(S)=4Fe(S)+3CO2(g)
rHm(298K)=3fHm(CO2,g)+(-2)fHm(Fe2O3,s)=mol-1
rSm(298K)=4Sm(Fe,s)+3Sm(CO2,g)+(-2)Sm(Fe2O3,s)+
(-3)Sm(C,s)=mol-1K-1
反应在标准状态下自发进行:
rGm(T)rHm(298K)-TrSm(298K)
T>[rHm(298K)/rSm(298K)],即T>839K
故以木炭为燃料时,因最高温度低于839K,反应不可能自发。
2CuO(s)+C(s)=2Cu(s)+CO2(g)
rHm(298K)=kJmol-1>0
rSm(298K)=189Jmol-1K-1>0
反应在标准状态,任意温度均自发
(略)
2AsH3(g)=2As(s)+3H2(g)
rHm(298K)=mol-1<0
rSm(298K)=mol-1K-1<0
标准状态,任意温度下AsH3的分解反应均自发。
加热的目的是加快反应速率。
第三章化学平衡原理
(1)正确,
(2)错误,(3)错误。
K=40
4×(3)-2×
(1)-2×
(2)得所求反应式
故:
ΔrGm=4ΔrGm(3)-2ΔrGm
(1)-2ΔrGm
(2)
pV=nRT
故对于反应H2(g)+I2(g)=2HI(g)
(1)O2(g)=O2(aq)
P(O2)=时:
故:
c(O2,aq)=×10-4mol·L-1
(2)K=×10-3=×104
Q=4逆向自发Q=逆向自发
3.8Ag2CO3(s)=Ag2O(s)+CO2(g)
ΔrGm(383K)=·mol-1
lnK(383K)=-ΔrGm(383K)/RT=
K(383K)=×10-3
K=p(CO2)/p
为防止反应正向自发,应保证Q>K
故:
p(CO2)>×10-1kPa
CCl4(g)CCl4(l)
ΔfHm/kJ·mol-1
Sm/J·K-1·mol-1
CCl4(g)=CCl4(l)
ΔrHm=·mol-1
ΔrSm=kJ·mol-1·K-1
所以CCl4的正常沸点为T1=348K
根据克拉贝龙——克劳休斯方程计算,可得在20kPa时,其沸点为304K。
第四章化学反应速率
不能
4.2A的物理意义为PZ0,f的物理意义为相对平均动能超过Ec的A、B分子间的碰撞频率与A、B分子间碰撞频率的比值。
Z0基本不变,P不变,f大,k大,v大。
直线
略
解:
解:
解:
第五章原子结构
原子发射光谱,电子衍射
确定,动量,不确定,轨道
(2),(4)正确
波函数,电子的几率密度
(1)
n
l
m
ms
1
2
0
0
+1/2
2
2
0
0
-1/2
3
2
1
0
+1/2
4
2
1
+1
+1/2
5
2
1
-1
+1/2
(3)
He+E(3s)=E(3p)=E(3d) KE(3s) MnE(3s) (略) 4s,3d,4p 能级组,外层电子结构,主族元素基态原子内层轨道,或全满,或全空(稳定构型) 一,二,三主族元素,镧系元素,第六周期镧后元素 He>H,Ba>Sr,Ca>Sc,Cu>Ni,La>Y,Zr>Ti,Zr>Hf (3), (2) Mg失去2个最外层s电子后成稳定的电子构型,故I3明显大于I2,常见氧化数为+2;Al失去3个最外层电子后成稳定的电子构型,故I4明显大于I3,常见氧化数为+3。 Mg元素第一、第二电离能之和小于Al元素第一、第二、第三电离能之和,所以气态Mg原子的金属性强于Al。 第六章化学键与分子结构 (1)错, (2)错,(3)错,(4)错,(5)对,(6)错 离子,BeO>MgO>CaO>SrO>BaO, BaCO3>SrCO3>CaCO3>MgCO3>BeCO3 Fe2+: [Ar]3d6,9~17, Fe3+: [Ar]3d5,9~17, Pb2+: [Xe]5d106s218+2, Sn4+: [Kr]4d10,18, Al3+: [He]2s22p6,8, S2-: [Ne]3s23p6,8, Hg2+: [Xe]5d10,18. OF2: 非等性sp3杂化,V型,极性; NF3: 非等性sp3杂化,三角锥,极性; BH3: 等性sp2杂化,正三角型,非极性; SiCl4: 等性sp3杂化,正四面体,非极性; NH3: 非等性sp3杂化,三角锥,极性; HCN: 等性sp杂化,直线型,极性; PCl3: 非等性sp3杂化,三角锥,极性; PCl5: sp3d杂化,三角双锥,非极性; CS2: sp杂化,直线型,非极性; SnCl2: 非等性sp3杂化,V型,极性。 6.5C2H6: sp3;C2H4: sp2; CH3CCH: sp3spsp; CH3CH2OH: sp3;H2CO: sp2;COCl2: sp2. 正丁烷: 否; 1,3-丁二烯: 否; 2-丁炔: 是 HFHClHBrHI;HFHClHBrHI;HIHBrHClHF;HFHIHBrHCl (1)~c; (2)~d;(3)~a;(4)~b (1)Fe3+电荷高、半径小,极化力大于Fe2+; (2)Zn2+18电子构型,极化力、变形性大于Ca2+; (3)Cd2+18电子够型,极化力、变形性大于Mn2+。 ClO-,ClO2-,ClO3-,ClO4-。 HClO酸性强于HBrO。 成酸元素原子电负性大,含氧酸酸性强。 第七章酸碱反应 1(略) 2H3O+,OH- 3 (2) 4 (2) 5H++OH-=H2O,1/Kw H++B=HB(略去电荷),Kb/Kw HB+OH-=B-+H2O,Ka/Kw HA+B=A+HB(略去电荷)KaKb/Kw 6 (1)K(正)=×105>K(逆),易于正向反应 (2)K(正)=2×10-11 (3)K(正)=×102>K(逆),易于正向反应 (4)K(正)=×10-8 7×10-5,×10-13,小于 C6H5NH2+H+=C6H5NH3+ c(C6H5NH3+)=·L-1 Ka(C6H5NH3+)=Kw/Kb(C6H5NH2)=×10-5 应用最简式计算溶液酸度: c(H+)=×10-4mol/LpH= Kb1/Kb2> 所以可忽略第二步离解,按最简式计算: c(C10H14N2)=·L-1-×10-4mol·L-1=mol·L-1 c(C10H14N2H+)=c(OH-)=×10-4mol·L-1 c(C10H14N2H22+)=cKb2=×10-11mol·L-1 Kb1(S2-)=Kw/Ka2(H2S)= Kb2(S2-)=Kw/Ka1(H2S)=×10-8 经判断,可忽略第二步离解,依近似式计算 S2-+H2O=HS-+OH- Ceq/mol·L-1xx x= 即: c(OH-)=mol·L-1 pH= c(S2-)=mol·L-1-mol·L-1=mol·L-1 c(HS-)=c(OH-)=mol·L-1 c(H2S)=cKb2=×10-8mol·L-1 pH= 故: c(S2-)=×10-20mol·L-1 pOH= c(NH4+)=L/=L M{(NH4)2SO4}=0.5c(NH4+)V(NH4+)M{(NH4)2SO4}=11.9g 因系统中含有2缓冲对,且酸与碱的浓度比均在缓冲范围内,所以此溶液具有酸碱缓冲能力。 若两级酸常数相差较大,则酸碱浓度比将超出缓冲范围,失去缓冲性质。 甘氨酸: 不移动;谷氨酸: 向正极运动;赖氨酸: 向负极运动 第八章沉淀—溶解反应 Ksp(AgBr)={c(Ag+)/c}{c(Br-)/c} Ksp(Ag2S)={c(Ag+)/c}2{c(S2-)/c} Ksp{Ca3(PO4)2}={c(Ca2+)/c}3{c(PO43-)/c} Ksp(MgNH4AsO4)={c(Ca2+)/c}{c(NH4+)/c}{c(AsO43-)/c} (1) (2) (3) PbCO3计算结果偏低 因氢氧化铁在水中溶解度极小,溶液pH约等于 (2) CaF2=Ca2++2F- F-+H+=HF 根据: 2c(Ca2+)=c(HF)+c(F-)=2s,得: c(F-)=2s/ Ksp(CaF2)=(s/c)(2s/1.028c)2S=×10-4mol/L CaF2、CaCO3和MnS,KClO4 此系统为多重平衡系统,所以: 8.9c(NH3)=L 故有氢氧化镁沉淀生成。 为防止沉淀生成,c(OH-)/c的最大值为: 故不被沉淀的离子M2+的硫化物的溶度积最小为: Ksp={c(M2+)/c}{c(S2-)/c}=××10-21=1×10-23,所以,Mn2+,Ni2+不被沉淀。 离子被完全定性沉淀时,c(M2+)≤10-5mol/L,g故可被沉淀完全的硫化物溶度积的最大值为: Ksp=10-5×1×10-21=10-26 所以可被沉淀完全的离子为: Pb2+,Cd2+,Hg2+,Cu2+。 欲使Fe(OH)3沉淀完全: 欲使Fe(OH)2不发生沉淀: 所以应控制pH约在~范围。 (略) CuCO3(计算得CuCO3的溶解度为×10-5mol/L,即CuCO3饱和水溶液的体积浓度为L) 8.14c(CO32-)/c=Ka2(H2CO3)=×10-11 {c(Ca)/c}{c(CO32-)/c}=×10-12 所以无沉淀生成,不能用硝酸钙溶液代替氢氧化钙溶液来检验CO2。 原因是溶液碱度较低,CO32-不是CO2的主要存在形体,即其浓度过低。 (有关数据: Ksp(CaCO3)=×10-9,Ksp(ZnCO3)=×10-10, Ksp(MgCO3)=×10-6,Ksp(NiCO3)=×10-7,Ksp{Ca(OH)2}=×10-6,Ksp{Zn(OH)2}=×10-7,Ksp{Mg(OH)2}=×10-12, Ksp{Ni(OH)2}=×10-16,Ksp{Fe(OH)3}=×10-39) 在c(CO32-)=L的碳酸钠水溶液中: 对于两价离子M2+的氢氧化物: Q={c(M2+)/c}{c(OH-)/c}2=×10-6 对于两价离子的碳酸盐: Q={c(M2+)/c}{c(CO32-)/c}=10-2 所以生成的沉淀是: CaCO3,Mg2(OH)2CO3,Zn2(OH)2CO3,Ni2(OH)2CO3 对于三价离子Fe3+: Q={c(Fe3+)/c}{c(OH-)/c}3=×10-9>Ksp{Fe(OH)3} 所以生成Fe(OH)3 16(4) 17溶度积,离子浓度,沉淀类型。 Ksp(CaSO4)=×10-5Ksp(CaSO4)=(s/c)2 得: s=×10-3mol/L s=c(SO42-)M(SO42-)=×10-3mol/L××104mg/mol =806mg/L 所以不可饮用。 第九章氧化还原反应 9.3还原,氧化 9.4不变,不变,变为{K}n 9.5 (1) 9.6 (2) 9.7(4) 9.8(3) 9.9 (1)2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+ (2)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ (3)2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2+8H2O (4)H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O (5)PbO2+2Cl-+4H2O=Pb2++Cl2+2H2O (6)Hg2Cl2+Sn2+=2Hg+Sn4++2Cl- (7)2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2+4H+ 9.10 (1) Zn|Zn2+L)||Ni2+L)|Ni (2)Cl-L)|Cl2(100kPa)||Fe3+L),Fe2+L) ε=–= (3)Cl-L)|Cl2(100kPa)||Cr2O42-L),H+(10mol/L),Cr3+L) (结果说明,在强酸性介质中,重铬酸根亦可以氧化氯离子) (1) ΔrGm=-2F{-}=×103J/mol ΔrGm=-2F{-}=×103J/mol K= 因为: (Sn2+/Sn)<(Pb2+/Pb) 或因: ΔrGm>0 或因: Q=10>K 所以反应逆向自发进行。 (2) (NO3-/NO)= (Fe3+/Fe2+)= ΔrGm=-3F{(NO3-/NO)-(Fe3+/Fe2+)}= -3×96500C/mol×{}=×104J/mol ΔrGm=-3F{(NO3-/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=-3×96500C/mol×{}=×104J/mol 因为: (NO3-/NO)<(Fe3+/Fe2+) 或因: ΔrGm>0 或因: Q=×1012>K 所以反应逆向自发进行 结果说明,定性分析中利用棕色环法检验NO3-,若在pH约等于3的醋酸介质中,反应不能进行。 该反应应在浓硫酸介质中进行。 (3) (HNO2/NO)= (Fe3+/Fe2+)= ΔrGm=-F{(HNO2/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=-96500C/mol×{}=×104J/mol ΔrGm=-F{(HNO2/NO)-(Fe3+/Fe2+)}=-96500C/mol×{}=×103J/mol 因为: (HNO2/NO)>(Fe3+/Fe2+) 或因: ΔrGm<0 或因: Q=×103 所以反应正向自发进行。 结果说明,可在pH约等于3的醋酸介质中利用棕色环反应定性检验亚硝酸根。 Pb2++2e-=Pb PbSO4=Pb2++SO42- 所以: 所以不能利用反应Cu2++Br-制备CuBr。 同理可证,不能利用Cu2++Cl-制备CuCl。 所以可利用反应CuCl2+Cu=2CuCl制备CuCl。 答案: 若 (1)为正极,c(H+)=L 若 (2)为正极,c(H+)=L (所求实际为c(H+)=10-14mol/L时,O2/H2O电极的电极电势) (Hg2Cl2/Hg)= 所以: (H+/H2)=(Hg2Cl2/Hg)-ε=-= 若亚汞离子为Hg+,则电极反应为: Hg++e-=Hg 根据此电极反应,可写出二电极的Nernst方程并可计算电池电动势: 计算结果与实验数据不符。 若亚汞离子为Hg22+,则电极反应为: Hg22++2e-=2Hg 根据此电极反应,可写出二电极的Nernst方程并可计算电池电动势: 计算结果与实验数据相符,故可知亚汞离子为Hg22+。 Hg22+=Hg2++Hg 根据标准电极电势图: (PbO2/Pb2+)= (O2/H2O2)= (H2O2/H2O)= 下列反应可自发进行: (1)PbO2+H2O2+2H+=Pb2++O2+2H2O (2)Pb2++H2O2=PbO2+2H+ (1)+ (2): 2H2O2=2H2O+O2 故PbO2(MnO2等)可催化过氧化氢歧化分解。 (1)KClO3+6HCl=3Cl2+KCl+3H2O (2)3I2+6KOH=KIO3+5KI+3H2O (3)2H2S+SO2=3S+2H2O (4)Bi(OH)3+Cl2+3NaOH=NaBiO3+2NaCl+3H2O (5)Sn+4HNO3=SnO2+4NO2+2H2O (6)Pb+4
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